煤化工工艺学第4章第二节

从焦炉的上升管出来的荒煤气温度为650～800℃，荒煤气中含有焦油、苯族烃、水蒸汽、氨、硫化氢、氰化氢、萘等物质，他们以气态形式存在。为了净化焦炉煤气，需要回收这些物质，首先应将焦炉煤气冷却。原因是：（1）在较低的温度（25～35℃）下化学产品的回收率高；（2）降低温度使大量水蒸汽冷凝，减小煤气的体积，从而减小煤气管道，减小输送鼓风机的负荷和功率；（3）水蒸汽、萘、焦油等大部分物质在低温冷凝为液体，可减少对回收设备、管道的堵塞和腐蚀，有利于提高硫铵的质量和减少对循环洗油质量的影响。4.2焦炉煤气的净化

为了使荒煤气冷却并冷凝出焦油，通常分两步进行，首先在桥管和集气管中用大量的70～75℃循环氨水进行喷洒，将煤气冷却到80～85℃；然后在煤气初冷器中进一步冷却到25～40℃（生产硫铵工艺）或低于25℃（生产浓氨水系统）。4.2.1荒煤气在集气管中的冷却荒煤气从上升管到桥管和集气管，在这里147～196kPa（表压）的循环氨水通过喷嘴进行强烈喷洒（如图4-5所示）。当雾状的氨水与煤气充分接触时，由于煤气温度很高，而且未被水蒸汽饱和，所以煤气放出大量显热，氨水大量蒸发。1t煤炼焦约产荒煤气480m3（在炉顶空间的操作状态下，其容积约为1700m3），其体积组成为：煤气75%，水汽23.5%，焦油和苯蒸气为1.5%。此气体进行冷却，放出热量约为0.5GJ，其中85%～90%用于蒸发喷洒氨水，其余热量则用于加热水和散热。当冷却用的喷洒氨水温度为70～80℃时，以炼焦装煤量计的喷洒量为5～6m3/t，其中蒸发氨水量仅占2%～3%。

图4-5荒煤气在集气管中的冷却图1－上升管；2－桥管；3－蒸汽喷嘴；4－氨水喷嘴；5－氨水管；6－集气管；

冷却喷洒氨水量大是由于出炉的荒煤气温度比较高所致，荒煤气与喷洒氨水之间的蒸发换热，是在形成的水滴表面上进行的。桥管和集气管喷嘴所处的几何空间小，水滴与粗煤气接触时间短，故换热表面积小，冷却效率低。同时喷洒氨水中含有煤和焦的尘粒、焦油以及腐蚀性盐类，限制了喷嘴采用小孔径结构，因氨水使用在两个地方：一是集气管喷洒用循环氨水；二是初冷器冷凝氨水。

氨水中含有铵盐，氨含量为4～5g/m3。在循环氨水中有70%～80%为难水解的氯化铵，加热时不分解，称固定铵。初冷器的冷凝氨水中铵盐有80%～90%为易水解的碳酸氢铵、硫化铵以及氰化铵，加热时可分解，称挥发氨。为了防止氯化铵在循环氨水中积累，部分循环氨水外排入剩余氨水中，并补充一部分冷凝氨水入循环氨水。4.2.2荒煤气的初步冷却

焦炉煤气由集气管沿吸煤气主管流向煤气初步冷却器，吸煤气主管除将煤气由焦炉引向化产回收装置外，还起到空气冷却器的作用，煤气可降温1～3℃。为了减轻煤气鼓风机的负荷，并利于化学产品的回收，煤气在初冷器中需要进一步冷却。目前广泛采用的初步冷却方式有间接冷却、直接冷却和间直混合冷却3种。其中间接冷却采用管壳式冷却器，有直管式和横管式2种，管间走煤气，管内走冷却水。直接冷却又分为水冷式和空冷式2种。4.2.2.1间接初冷工艺流程

荒煤气与喷洒氨水、冷凝焦油等沿吸煤气主管进入气液分离器，煤气与氨水、焦油、焦油渣等在此分离。分离后的煤气进入数台并联立管式间接冷却器，随着煤气的初步冷却，煤气中绝大部分的焦油气、水蒸汽和萘在初冷器中被冷凝。煤气中一定数量的氨、二氧化碳、硫化氢、氰化氢及其它组分则溶解与冷凝液中，形成冷凝氨水（见图4-6）。

图4-6煤气间接初冷工艺流程1一气液分离器；2一煤气初冷器；3一煤气鼓风机；4一电捕焦油器；5一冷凝液槽；6一冷凝液液下泵；7一鼓风机水封槽；8一电捕焦油器水封槽；9一机械化氨水澄清槽；10一氨水中间槽；11一事故氨水槽；12一循环氨水泵；13一焦油泵；14一焦油贮槽；15一焦油中间槽；16一初冷冷凝液中间槽；17一冷凝液泵

在初冷器中焦油也冷凝下来，特别是含于其中的萘，萘的沸点与焦油中其他组分相比是较低的，为218℃；熔点高，为80℃；并能升化，形成雾状和尘粒（悬浮于气体中的萘晶粒）

因此，煤气在冷却管的表面上有萘结晶析出，导致传热系数降低。此外，在导管中能形成堵塞物。为了防止萘于管道和设备中凝结，应充分脱除焦油和萘。因此，初冷器的操作将影响煤气输送和回收车间的后续工艺制度，特别是对氨回收部分。

煤气冷却采用管壳式冷却器，有立管式和横管式（参数见表4-6）。管间走煤气，管内走冷却水。冷却水出口温度为40～45℃，然后送去水冷却塔.

初冷器入口粗煤气含有水汽量约有50%（体积分数）或65%（质量分数）。这些水来自煤带入水分约为60～80kg/t；煤热解生成水约为20～30kg/t以及集气管蒸发水汽约180～200kg/t。在初冷器中冷却冷凝水量可达92%～95%，初冷器后煤气被水汽饱和，其水汽含量按装炉煤计为10～15kg/t。初冷器中交换热量的90%为煤气中水汽冷凝放出的热量。初冷器后的粗煤气质量少了2/3，而容积少了3/5倍，从而减少了继续输送的能耗。

表4-6中显示初冷器传热系数值比较大，是由于水汽冷凝传热所致。横管式传热系数大于立管式的，不仅是由于管内水流速度大，而且是横管冷凝液膜流动条件适宜。横管式或倾斜管式冷却器，管子可被焦油洗涤，此外上部管子冷凝的焦油可以洗涤所有管子，它减少了萘的沉积，有利传热。

管式冷却器的缺点是耗用金属材料量大，还必须清管内水垢，故现今又重新采用直接冷却器，即煤气与冷却水直接接触，它的金属材料用量少，节省投资。此外，直接冷却水洗，除了冷却，还有洗涤煤气的作用。4.2.2.2直接初冷工艺流程

煤气直接初冷工艺是在直接冷却器内，由煤气和冷却水直接接触传热而完成的。工艺流程见图4-7。由吸煤气主管来的82℃左右的荒煤气，经气液分离器进入并联的直接式木格填料初冷器，用氨水喷洒冷却到28℃，然后由鼓风机送至电捕焦油器除去焦油雾，再送至下一工序。1一气液分离器；2一焦油盒；3、4一直接式煤气初冷器；5一罗茨鼓风机；6一除焦油器；7一水封槽;8一焦油泵；9一焦炉循环氨水泵；10一焦炉循环氨水澄清池；11一焦油槽；12一焦油池；13一焦油泵；14一初冷循环氨水澄清池；15一初冷循环氨水冷却器；16一初冷循环氨水泵；17一剩余氨水泵

热交换系数比水的低50%，而单位热容比水的低75%。此外，空气冷却还有风机工作噪声大、受气候与间接冷却相比，直接冷却具有以下优点：

（1）洗涤效果好，能除去煤气中大部分的焦油、萘、氨、硫化氢、氰化氢。

（2）处理能力大、冷却效率高、煤气压力损失小、不易堵塞。

（3）金属材料用量少、设备投资少、操作简单。

同时存在的缺点是：工艺流程复杂、动力消耗大、循环氨水冷却器易堵塞。煤气初冷用冷却水量较大，每1000m3煤气用水量为17～22m3。使用空气作为冷却介质，可减少60%～70%循环水和新鲜工业水等。但空气冷却的条件的制约和调节最终温度困难等问题。在实际中采用空气冷却和水冷却两段方法，可减少用水量。4.2.2.3间直混合初冷工艺流程

自吸煤气主管来的温度为82℃左右的荒煤气几乎是被水蒸汽所饱和的。水蒸汽热焓约占煤气总热焓的94%，故煤气在高温阶段冷却所放出的热量绝大部分为水蒸汽的冷凝热，因而传热系数较高，即冷却效率较高。同时萘在温度较高时（＞52℃）不会凝结，以免造成设备堵塞。所以煤气高温冷却阶段宜采用间接管式冷却，温度降至55℃左右。在低温冷却阶段，煤气中水蒸汽含量已大大减少，煤气层将限制水蒸汽/煤气混合物的进一步冷却，同时萘的凝结也易造成堵塞，此阶段宜采用冷却效率较高、不易堵塞且能适当净化煤气的直接冷却器，使煤气温度降至30℃以下。间直混合初冷工艺流程见图4-8

图4-8煤气间直混合初冷工艺流程1一气液分离器；2一横管式间接冷却器；3一直冷空喷塔；4一液封槽；5一螺旋换热器；6一机械化氨水澄清槽；7一氨水槽；8一氨水贮槽；9一焦油分离槽；10一焦油中间槽；11一焦油贮槽

荒煤气经气液分离器分离出焦油、氨水后，先进入横管式间接冷却器被冷却到50～55℃，然后再进入直冷空喷塔冷却到25～35℃。采用间直混合初冷的工艺流程，对煤气的冷却净化效果更好，从而降低煤气中含萘量，比间接冷却工艺节省投资和低温耗水量。图4-9离心鼓风机鼓风机位置的选择一般应考虑：（1）处于负压下操作的设备及煤气管道应尽量少。（2）吸入的煤气体积应尽量少。 因此，鼓风机一般都设置在煤气初冷器后面。有的焦化厂将油洗萘塔及电捕焦油器设置在鼓风机前，可以防止鼓风机堵塞。全负压输送煤气的化学产品回收工艺见4.2.1.2。

煤气鼓风机的正常操作是焦化厂生产的关键，所以必须精心操纵和维护。机体下部凝结的焦油和水要及时排出。4.2.4煤气的脱氨和吡啶

煤气从鼓风机出来经过电捕焦油器除去剩余的焦油后，煤气中还含有氨、吡啶、苯族烃、硫化物、氰化物等物质。在煤气的净化过程中需要脱除这些物质，根据不同的焦化厂的生产目的不同，脱氨和吡啶，脱苯族烃，脱硫的工艺顺序可以因地制宜，随需求而定。无论是那一种工艺，氨和吡啶的脱除都是必须的工艺过程。本文以先脱氨和吡啶，再脱苯族烃，然后脱硫的工艺顺序编排。从电捕焦油器来的煤气进入一个氨吸收器，煤气通过与吸收器里的吸收剂逆向接触实现对煤气中的氨和吡啶的吸收，然后煤气出氨吸收器成为脱氨和吡啶的煤气。氨的吸收剂应满足如下要求：

（1）对氨的吸收能力大，使吸氨的循环液量少和吸氨后的煤气中剩余的氨量少，且在解吸时氨又能很容易地释放出来，残留在溶液中的氨量少。

（2）能从煤气中选择性地吸收氨，而很少吸收其他物质。

（3）吸收液具有不挥发性。

（4）吸收液的市场价格便宜。氨吸收器根据工艺的差异分别有：饱和器、空喷酸洗塔、空喷洗氨塔、木格洗氨塔和氨吸收塔。4.2.5煤气的脱苯和萘

在生产硫铵的回收工艺中，饱和器后的煤气温度通常为55℃左右，而回收苯族烃的适宜温度为25℃左右，因此，在回收苯族烃之前煤气要再次进行冷却，称为最终冷却。在终冷前煤气含萘约1~2g/m3，大大超过终冷温度下的饱和含萘量。因此，煤气经过终冷同时脱除萘，然后进入洗苯塔，通过洗油和煤气的逆向接触吸收煤气中的苯族烃，出塔后煤气中苯族烃含量一般为2～4g/m3。

为满足从煤气中回收和制取粗苯的要求，洗油应具有如下性能：

（1）常温下对苯族烃有良好的吸收能力，在加热时又能使苯族烃很好地分离出来;

（2）具有化学稳定性，即在长期使用中其吸收能力基本稳定;

（3）在吸收操作温度下不应析出固体沉淀物;

（4）易与水分离，且不生成乳化物;

（5）有较好的流动性，易于用泵抽送并能在填料上均匀分布。

要求洗油的的含萘量小于15%，苊不大于5%，以保证在10~15℃时无固体沉淀物析出。因为萘熔点80℃，苊熔点95.3℃，在常温下易析出固体结晶，因此，应控制其含量。循环洗油的吸收能力比新洗油约下降10％，为了保证循环洗油的质量，在生产过程中，必须对洗油进行再生处理。

苯、萘吸收器工艺中主要有终冷塔、洗萘塔、洗苯塔等。

表4-7几种脱硫方法的脱硫剂表4-7几种脱硫方法的脱硫剂表4-7几种脱硫方法的脱硫剂表4-7几种脱硫方法的脱硫剂表4-7几种脱硫方法的脱硫剂表4-7几种脱硫方法的脱硫剂表4-7几种脱硫方法的脱硫剂表4-7几种脱硫方法的脱硫剂表4-7几种脱硫方法的脱硫